JPH0978212A - 単結晶材料の再熱処理による余寿命延長方法 - Google Patents
単結晶材料の再熱処理による余寿命延長方法Info
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- JPH0978212A JPH0978212A JP23061195A JP23061195A JPH0978212A JP H0978212 A JPH0978212 A JP H0978212A JP 23061195 A JP23061195 A JP 23061195A JP 23061195 A JP23061195 A JP 23061195A JP H0978212 A JPH0978212 A JP H0978212A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ジェットエンジンやガスタービンのタービン
ブレードとして高温・高応力下における使用により強度
が劣化した単結晶材料、たとえばＮｉ基超耐熱単結晶合
金の余寿命を延長し、クリープ特性を改善する。 【解決手段】 使用時間が定常クリープ域（ａ）または
加速クリープ初期の段階（ｂ）にある強度劣化した単結
晶材料に熱処理を施こし、寿命を延長（Ｂ）（Ｃ）す
る。
ブレードとして高温・高応力下における使用により強度
が劣化した単結晶材料、たとえばＮｉ基超耐熱単結晶合
金の余寿命を延長し、クリープ特性を改善する。 【解決手段】 使用時間が定常クリープ域（ａ）または
加速クリープ初期の段階（ｂ）にある強度劣化した単結
晶材料に熱処理を施こし、寿命を延長（Ｂ）（Ｃ）す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、単結晶材料の余
寿命延長方法に関するものである。さらに詳しくは、こ
の発明は、ジェットエンジンやガスタービンのタービン
ブレード材等として使用されるＮｉ基超耐熱単結晶合金
等の単結晶材料の強度劣化に対する余寿命の延長方法に
関するものである。
寿命延長方法に関するものである。さらに詳しくは、こ
の発明は、ジェットエンジンやガスタービンのタービン
ブレード材等として使用されるＮｉ基超耐熱単結晶合金
等の単結晶材料の強度劣化に対する余寿命の延長方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、高温・高応力下で
使用されるジェットエンジンやガスタービンのタービン
ブレードなどの部品は、一定の時間使用されると、結晶
粒界などに損傷を受け、強度が劣化しはじめるため、安
全のため新しい部品と交換されている。このような部品
交換の頻度を下げて経済性を向上させたり、部品の信頼
性を高める目的で従来よりタービンブレード材の余寿命
を延長するための研究が種々行われている。たとえば、
多結晶材では、オーステナイト耐熱鋼についての、クリ
ープ損傷の生成挙動を詳細に調べて余寿命予測の指標と
したり、クリープ試験中途に粒界クリープキャビティを
焼結するために静水圧下および圧縮応力下の加熱を行い
余寿命の延伸効果を検討すること等が行われてきてい
る。また、合金中に粒界のあるＮｉ基超耐熱多結晶合金
では、クリープ試験を中断し、ＨＩＰ(hot issostatic
pressing) 処理を施してキャビティをなくしたり、それ
をさらに表面研磨することが検討され、実際に、これら
の処理により寿命が改善されたことも報告されている。
しかしながら、ＨＩＰなど高圧処理は経済的にはコスト
を上げることになるので必ずしも実用的に普及されてい
ない面がある。またこのような寿命延長の研究は、これ
まではいずれも多結晶材料を対象としたものに限られて
おり、たとえばＮｉ基超耐熱単結晶合金等の単結晶材料
についての報告はなされていないのが実情である。
使用されるジェットエンジンやガスタービンのタービン
ブレードなどの部品は、一定の時間使用されると、結晶
粒界などに損傷を受け、強度が劣化しはじめるため、安
全のため新しい部品と交換されている。このような部品
交換の頻度を下げて経済性を向上させたり、部品の信頼
性を高める目的で従来よりタービンブレード材の余寿命
を延長するための研究が種々行われている。たとえば、
多結晶材では、オーステナイト耐熱鋼についての、クリ
ープ損傷の生成挙動を詳細に調べて余寿命予測の指標と
したり、クリープ試験中途に粒界クリープキャビティを
焼結するために静水圧下および圧縮応力下の加熱を行い
余寿命の延伸効果を検討すること等が行われてきてい
る。また、合金中に粒界のあるＮｉ基超耐熱多結晶合金
では、クリープ試験を中断し、ＨＩＰ(hot issostatic
pressing) 処理を施してキャビティをなくしたり、それ
をさらに表面研磨することが検討され、実際に、これら
の処理により寿命が改善されたことも報告されている。
しかしながら、ＨＩＰなど高圧処理は経済的にはコスト
を上げることになるので必ずしも実用的に普及されてい
ない面がある。またこのような寿命延長の研究は、これ
まではいずれも多結晶材料を対象としたものに限られて
おり、たとえばＮｉ基超耐熱単結晶合金等の単結晶材料
についての報告はなされていないのが実情である。
【０００３】粒界のある多結晶材と単結晶材の場合では
破壊に至るまでのメカニズムが異なり、したがってその
寿命の延長についても、多結晶材とは異る方法が必要と
なってくる。しかも単結晶材料は、ジェットエンジンや
ガスタービンのタービンブレード材等の高温高強度材料
としての用途が増々期待されるにもかかわらず、その寿
命延長についてはほとんど現実的な方策が見出されてい
ないのである。
破壊に至るまでのメカニズムが異なり、したがってその
寿命の延長についても、多結晶材とは異る方法が必要と
なってくる。しかも単結晶材料は、ジェットエンジンや
ガスタービンのタービンブレード材等の高温高強度材料
としての用途が増々期待されるにもかかわらず、その寿
命延長についてはほとんど現実的な方策が見出されてい
ないのである。
【０００４】そこでこの発明は、ジェットエンジンやガ
スタービンのタービンブレード材等として有用であっ
て、高温・高応力下で使用されて強度が劣化した、Ｎｉ
基超耐熱単結晶合金等の単結晶材料の余寿命を延長し、
クリープ特性等機械的特性の改善を図ることのできる単
結晶材料の余寿命の延長方法を提供することを目的とし
ている。
スタービンのタービンブレード材等として有用であっ
て、高温・高応力下で使用されて強度が劣化した、Ｎｉ
基超耐熱単結晶合金等の単結晶材料の余寿命を延長し、
クリープ特性等機械的特性の改善を図ることのできる単
結晶材料の余寿命の延長方法を提供することを目的とし
ている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、高温での使用により強度の劣化
した単結晶材料に熱処理を施こすことを特徴とする単結
晶材料の余寿命延長方法（請求項１）を提供する。ま
た、この発明は、上記方法において、使用時間が定常ク
リープ域または加速クリープ初期の段階にある単結晶材
料を熱処理することを特徴とする単結晶材料の余寿命延
長方法（請求項２）や、単結晶材料がＮｉ基超耐熱単結
晶合金であることを特徴とする方法（請求項３）、熱処
理が溶体化処理及び時効処理であることを特徴とする方
法（請求項４）等をも提供する。
を解決するものとして、高温での使用により強度の劣化
した単結晶材料に熱処理を施こすことを特徴とする単結
晶材料の余寿命延長方法（請求項１）を提供する。ま
た、この発明は、上記方法において、使用時間が定常ク
リープ域または加速クリープ初期の段階にある単結晶材
料を熱処理することを特徴とする単結晶材料の余寿命延
長方法（請求項２）や、単結晶材料がＮｉ基超耐熱単結
晶合金であることを特徴とする方法（請求項３）、熱処
理が溶体化処理及び時効処理であることを特徴とする方
法（請求項４）等をも提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】この発明の単結晶材料の余寿命の
延長方法は、上記の通り、強度劣化した単結晶材料を熱
処理することを本質的特徴としているが、このことは、
原理的には、たとえば図２および図３において説明する
ことができる。すなわち、たとえば図１に例示したよう
に、従来の多結晶材では、クリープの早期の段階で組織
の粗大化・乱れが生じ、かつ、粒界にボイドや粒界酸化
等の欠陥が生じる。このような多結晶材では、再熱処理
しても組織は結晶粒内においては析出物が微細化し回復
するが粒界のボイドや粒界酸化は残留するため、全体と
しては組織の回復が不完全である。これに反し、図２に
例示したように、単結晶合金では高温高圧下での使用で
ラフト（応力軸に垂直な板状のγ′相）の粗大化や乱れ
は生じるが、再熱処理により組織が完全に回復すること
になる。
延長方法は、上記の通り、強度劣化した単結晶材料を熱
処理することを本質的特徴としているが、このことは、
原理的には、たとえば図２および図３において説明する
ことができる。すなわち、たとえば図１に例示したよう
に、従来の多結晶材では、クリープの早期の段階で組織
の粗大化・乱れが生じ、かつ、粒界にボイドや粒界酸化
等の欠陥が生じる。このような多結晶材では、再熱処理
しても組織は結晶粒内においては析出物が微細化し回復
するが粒界のボイドや粒界酸化は残留するため、全体と
しては組織の回復が不完全である。これに反し、図２に
例示したように、単結晶合金では高温高圧下での使用で
ラフト（応力軸に垂直な板状のγ′相）の粗大化や乱れ
は生じるが、再熱処理により組織が完全に回復すること
になる。
【０００７】このような現象により、ジェットエンジン
やガスタービンのタービンブレードとして高温・高応力
下で長時間使用すると強度が劣化する単結晶材料、たと
えばＮｉ基超耐熱単結晶合金の部材を使用途中の定常ク
リープ域或いは加速クリープ域初期にて使用を中断し、
再熱処理することによりバージン材のクリープ特性が得
られ、これら部材の余寿命、特にクリープ特性を延長さ
せることができる。このためタービンブレード材等を繰
り返して再使用することができるようになる。従って、
単結晶タービンブレード等のコストパフォーマンスが向
上する。さらに、この発明では、再熱処理を溶体化処
理、時効処理とすることができ、特別の温度条件ではな
いので、再熱処理に用いる熱処理炉に特別のものを用意
することなく通常使用の熱処理炉を使用して実施できる
ことになる。
やガスタービンのタービンブレードとして高温・高応力
下で長時間使用すると強度が劣化する単結晶材料、たと
えばＮｉ基超耐熱単結晶合金の部材を使用途中の定常ク
リープ域或いは加速クリープ域初期にて使用を中断し、
再熱処理することによりバージン材のクリープ特性が得
られ、これら部材の余寿命、特にクリープ特性を延長さ
せることができる。このためタービンブレード材等を繰
り返して再使用することができるようになる。従って、
単結晶タービンブレード等のコストパフォーマンスが向
上する。さらに、この発明では、再熱処理を溶体化処
理、時効処理とすることができ、特別の温度条件ではな
いので、再熱処理に用いる熱処理炉に特別のものを用意
することなく通常使用の熱処理炉を使用して実施できる
ことになる。
【０００８】当然にも、単結晶材料は、Ｎｉ基合金に限
定されることはない。Ｃｏ基、Ｗ基、Ｍｏ基、各種セラ
ミックス等の様々な単結晶材料がこの発明の対象とな
る。これらの材料の種類に応じて熱処理の温度等の条件
が選択されることになる。以下、実施例を示し、さらに
詳しくこの発明の実施の形態について例示説明する。
定されることはない。Ｃｏ基、Ｗ基、Ｍｏ基、各種セラ
ミックス等の様々な単結晶材料がこの発明の対象とな
る。これらの材料の種類に応じて熱処理の温度等の条件
が選択されることになる。以下、実施例を示し、さらに
詳しくこの発明の実施の形態について例示説明する。
【０００９】
【実施例】Ｃｒ：６．０ｗｔ％、Ｗ：１０．２ｗｔ％、
Ａｌ：５．０ｗｔ％、Ｔａ：１１．０ｗｔ％、Ｎｉ：残
部からなるＮｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ａｌ−Ｔａ系のＮｉ基超耐
熱単結晶合金を平行部φ４×２０ｍｍの試験片を用いて
クリープ試験温度１０８０℃、応力１３７ＭＰａの条件
でクリープ試験を行った。その試験結果を図１に示し
た。図１において、曲線Ａは破断まで試験を行ったバー
ジン材のクリープ曲線を示したものである。そして、同
図において、（ａ）、（ｂ）はこのバージン材Ａの定常
クリープ域および加速クリープ域で中断した域を示す。
この時、（ａ）はクリープ寿命比：ｔ／ｔｒ＝０．５
で、（ｂ）はクリープ寿命比：ｔ／ｔｒ＝０．９であ
る。
Ａｌ：５．０ｗｔ％、Ｔａ：１１．０ｗｔ％、Ｎｉ：残
部からなるＮｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ａｌ−Ｔａ系のＮｉ基超耐
熱単結晶合金を平行部φ４×２０ｍｍの試験片を用いて
クリープ試験温度１０８０℃、応力１３７ＭＰａの条件
でクリープ試験を行った。その試験結果を図１に示し
た。図１において、曲線Ａは破断まで試験を行ったバー
ジン材のクリープ曲線を示したものである。そして、同
図において、（ａ）、（ｂ）はこのバージン材Ａの定常
クリープ域および加速クリープ域で中断した域を示す。
この時、（ａ）はクリープ寿命比：ｔ／ｔｒ＝０．５
で、（ｂ）はクリープ寿命比：ｔ／ｔｒ＝０．９であ
る。
【００１０】そこで、この（ａ）および（ｂ）におい
て、この発明の再熱処理を施した。この再熱処理では、
上記合金の場合、１３４５℃で０．５時間の溶体化処理
後空冷し、時効処理として１０８０℃で５時間保持し、
空冷した後、さらに８７０℃で２０時間保持した後空冷
の２段時効処理を施した。この再熱処理の後、再びクリ
ープ試験温度１０８０℃、応力１３７ＭＰａの条件でク
リープ試験を行った。その結果、これらの試験片はほぼ
バージン材のクリープ特性を示し、その結果としてそれ
ぞれ図１のＢ点およびＣ点まで破断寿命が延びた。
て、この発明の再熱処理を施した。この再熱処理では、
上記合金の場合、１３４５℃で０．５時間の溶体化処理
後空冷し、時効処理として１０８０℃で５時間保持し、
空冷した後、さらに８７０℃で２０時間保持した後空冷
の２段時効処理を施した。この再熱処理の後、再びクリ
ープ試験温度１０８０℃、応力１３７ＭＰａの条件でク
リープ試験を行った。その結果、これらの試験片はほぼ
バージン材のクリープ特性を示し、その結果としてそれ
ぞれ図１のＢ点およびＣ点まで破断寿命が延びた。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明により、
ジェットエンジンやガスタービンのタービンブレードと
して高温・高応力下で長時間使用すると強度が劣化する
単結晶材料、たとえばＮｉ超耐熱単結晶合金等の部材を
使用途中の定常クリープ域或いは加速クリープ域初期に
て使用を中断し、再熱処理することによりバージン材の
クリープ特性が得られ、これら部材の余寿命、特にクリ
ープ特性を延長させることができる。このためタービン
ブレード材等を繰り返して再使用でき、単結晶タービン
ブレード材等のコストパフォーマンスが向上する。さら
に、再熱処理を溶体化処理と時効処理とすることで、特
別の温度条件でないので、再熱処理に用いる熱処理炉に
特別のものを用意することなく通常使用の熱処理炉を使
用してこの発明が実施でき、この点からもコストパフォ
ーマンスが良好であるなど、優れた効果を奏する。
ジェットエンジンやガスタービンのタービンブレードと
して高温・高応力下で長時間使用すると強度が劣化する
単結晶材料、たとえばＮｉ超耐熱単結晶合金等の部材を
使用途中の定常クリープ域或いは加速クリープ域初期に
て使用を中断し、再熱処理することによりバージン材の
クリープ特性が得られ、これら部材の余寿命、特にクリ
ープ特性を延長させることができる。このためタービン
ブレード材等を繰り返して再使用でき、単結晶タービン
ブレード材等のコストパフォーマンスが向上する。さら
に、再熱処理を溶体化処理と時効処理とすることで、特
別の温度条件でないので、再熱処理に用いる熱処理炉に
特別のものを用意することなく通常使用の熱処理炉を使
用してこの発明が実施でき、この点からもコストパフォ
ーマンスが良好であるなど、優れた効果を奏する。
【図１】多結晶合金の再熱処理による組織変化の模式図
である。
である。
【図２】単結晶合金の再熱処理による組織変化の模式図
である。
である。
【図３】単結晶材料としてのＮｉ基超耐熱単結晶合金の
クリープ試験結果を示した図である。
クリープ試験結果を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 千秋 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 高温での使用により強度の劣化した単結
晶材料に熱処理を施こすことを特徴とする単結晶材料の
余寿命延長方法。 - 【請求項２】 使用時間が定常クリープ域または加速ク
リープ初期の段階の単結晶材料を熱処理することを特徴
とする請求項１の単結晶材料の余寿命延長方法。 - 【請求項３】 単結晶材料がＮｉ基超耐熱単結晶合金で
あることを特徴とする請求項１または２の単結晶材料の
余寿命延長方法。 - 【請求項４】 熱処理が溶体化処理及び時効処理である
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの単結晶
材料の余寿命延長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7230611A JP3069580B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 単結晶材料の再熱処理による余寿命延長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7230611A JP3069580B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 単結晶材料の再熱処理による余寿命延長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0978212A true JPH0978212A (ja) | 1997-03-25 |
| JP3069580B2 JP3069580B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=16910482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7230611A Expired - Lifetime JP3069580B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 単結晶材料の再熱処理による余寿命延長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3069580B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2440127A (en) * | 2006-06-07 | 2008-01-23 | Rolls Royce Plc | Non-solution treated gas turbine blades |
| JP2018087359A (ja) * | 2016-11-28 | 2018-06-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ニッケル基合金再生部材および該再生部材の製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56158832A (en) * | 1980-02-28 | 1981-12-07 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Method of prolonging life of refractory material made from parallel fiber of metal carbide buried in metal matrix |
| JPS61119661A (ja) * | 1984-11-08 | 1986-06-06 | ソシエテ・ナシオナル・デテユード・エ・ドウ・コンストリユクシオン・ドウ・モトール・ダヴイアシオン、“エス．エヌ．ウ．セ．エム．アー．” | ニツケル基材の超合金製部材の再生方法 |
| JPS6326343A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-02-03 | ユナイテッド・テクノロジ−ズ・コ−ポレイション | 単結晶ニッケル基超合金物品の割れ防止方法 |
-
1995
- 1995-09-08 JP JP7230611A patent/JP3069580B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56158832A (en) * | 1980-02-28 | 1981-12-07 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Method of prolonging life of refractory material made from parallel fiber of metal carbide buried in metal matrix |
| JPS61119661A (ja) * | 1984-11-08 | 1986-06-06 | ソシエテ・ナシオナル・デテユード・エ・ドウ・コンストリユクシオン・ドウ・モトール・ダヴイアシオン、“エス．エヌ．ウ．セ．エム．アー．” | ニツケル基材の超合金製部材の再生方法 |
| JPS6326343A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-02-03 | ユナイテッド・テクノロジ−ズ・コ−ポレイション | 単結晶ニッケル基超合金物品の割れ防止方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2440127A (en) * | 2006-06-07 | 2008-01-23 | Rolls Royce Plc | Non-solution treated gas turbine blades |
| GB2440127B (en) * | 2006-06-07 | 2008-07-09 | Rolls Royce Plc | A turbine blade for a gas turbine engine |
| JP2018087359A (ja) * | 2016-11-28 | 2018-06-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ニッケル基合金再生部材および該再生部材の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3069580B2 (ja) | 2000-07-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
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